王友勝，劉 霞，姚孝友，張光燦，張振國，李 歡

（1．山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院／山東省土壤侵蝕與生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室／泰山森林生態(tài)定位站，山東 泰安271018；2．水利部 淮河水利委員會(huì)水土保持處，安徽 蚌埠233001）

土地利用／土地覆蓋（LUCC）是全球環(huán)境研究的熱點(diǎn)和前沿問題，同時(shí)又是可持續(xù)發(fā)展的核心問題，與人類的生存和發(fā)展息息相關(guān)［1］。土地利用類型的變化本質(zhì)上表現(xiàn)為人類與自然界的作用過程，是區(qū)域人地關(guān)系演進(jìn)的最本質(zhì)的體現(xiàn)。作為人類利用土地進(jìn)行各種活動(dòng)的綜合反映，土地利用類型是影響土壤侵蝕的眾多因素中最重要和最活躍的因素。各研究領(lǐng)域?qū)＜移毡檎J(rèn)為人類及其活動(dòng)是造成土壤侵蝕的主要原因，土地利用分布與土壤侵蝕分布是相互關(guān)聯(lián)的，不合理的土地利用方式對(duì)土壤侵蝕具有放大效應(yīng)［2－4］。許多學(xué)者已經(jīng)對(duì)人類活動(dòng)對(duì)土壤侵蝕的影響進(jìn)行了較為深入的研究［5－9］，但研究尺度主要集中在全國尺度或小流域尺度上，針對(duì)縣域尺度土地利用和土壤侵蝕關(guān)系的研究較少。地處沂蒙山區(qū)的費(fèi)縣，生態(tài)環(huán)境脆弱，經(jīng)濟(jì)發(fā)展落后，目前隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整、能源礦產(chǎn)資源的大規(guī)模開發(fā)建設(shè)及水土保持政策的實(shí)施，當(dāng)?shù)赝寥狼治g狀況發(fā)生了較大的變化，土地利用變化與土壤侵蝕變化之間相互作用關(guān)系也十分復(fù)雜。為此，本文基于ERDAS軟件和Arc GIS地理信息系統(tǒng)軟件，利用T M影像、數(shù)字高程模型調(diào)查分析費(fèi)縣1987年、2007年土地利用類型，土壤侵蝕的時(shí)空變化以及兩者之間的聯(lián)系，以期為整個(gè)研究區(qū)土壤侵蝕防治，合理規(guī)劃和利用土地資源及生態(tài)建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

費(fèi)縣地處山東省東南部，位于蒙山之陽，北緯35°01′－35°33′，東 經(jīng) 117°36′－118°18′，總 面 積1 902．5 k m2，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，光照充足，年平均日照時(shí)數(shù)2 538 h，無霜期平均196 d，年均降水量860 mm，年均氣溫13．4℃［10］。地貌屬低山丘陵區(qū)，境內(nèi)山勢(shì)陡峭，溝深谷切，溝壑縱橫，最高海拔1 026 m。地處火成巖與沉積巖交錯(cuò)地帶，大部分屬于溶性巖體，地表破碎，土層淺薄，質(zhì)地粗劣，抗沖力較弱，易發(fā)生水土流失。地表巖性以石灰?guī)r、鈣質(zhì)巖、頁巖為主，土壤類型主要為褐土，少部分為棕壤。地帶性植被為暖溫帶落葉闊葉林。長期以來，以資源消耗為主的經(jīng)濟(jì)增長方式及不合理的土地開發(fā)利用，導(dǎo)致境內(nèi)許多區(qū)域植被破壞，土壤侵蝕嚴(yán)重，經(jīng)過近些年的綜合治理，土地利用結(jié)構(gòu)趨于合理，土壤侵蝕狀況得到較大改善。

2 研究方法

2．1 數(shù)據(jù)源

本研究以費(fèi)縣1987年、2007年兩個(gè)典型時(shí)期4－5月的T M影像為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，空間分辨率為30 m；費(fèi)縣1∶10萬地形圖作為影像匹配基準(zhǔn)；原有的土地利用現(xiàn)狀圖、土壤侵蝕圖等圖件資料以及野外土地利用調(diào)查所獲得的GPS點(diǎn)數(shù)據(jù)作為解譯和檢驗(yàn)精度使用。

2．2 數(shù)據(jù)處理

（1）圖像處理與解譯。利用1∶10萬地形圖，采用北京1954坐標(biāo)系，高斯克呂格6°分帶投影，對(duì)影像進(jìn)行校正，誤差控制在0．5個(gè)像元以內(nèi)，并借助ERDAS 9．0軟件進(jìn)行配準(zhǔn)、鑲嵌、勻色及增強(qiáng)處理?；贏rc GIS 9．2軟件，綜合運(yùn)用地學(xué)相關(guān)分析方法［11－12］，結(jié)合影像的色調(diào)、亮度、飽和度、形狀紋理和結(jié)構(gòu)等特征，以《土地利用現(xiàn)狀分類》國家標(biāo)準(zhǔn)（GB／T 21010－2007）為原則，參考我國土地資源遙感調(diào)查與監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程中劉紀(jì)元先生提出的“基于遙感T M影像的土地利用分類系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則和土地利用分類系統(tǒng)”［13］，結(jié)合研究目的和區(qū)域特點(diǎn)，將費(fèi)縣土地利用類型分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地、未利用土地6種土地利用類型，對(duì)研究區(qū)T M圖像采用人機(jī)交互解譯的方法進(jìn)行解譯，之后構(gòu)建拓?fù)潢P(guān)系并建立數(shù)據(jù)庫，生成研究區(qū)1987年和2007年土地利用現(xiàn)狀圖，對(duì)分類結(jié)果經(jīng)Kappa指數(shù)計(jì)算，統(tǒng)計(jì)精度達(dá)83．66%，可以保證工作精度的要求。

（2）坡度生成。Arc GIS軟件將地形圖矢量化，再利用ArcINFO軟件將其轉(zhuǎn)為COVERAGE格式，并建立拓?fù)?，然后通過Arc TIN、TINLATTICE、LATTICEPOLY等相關(guān)命令，參照水利部《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》（SL190－2007），將坡度分為6級(jí)，按≤5°，5°～8°，8°～15°，15°～25°，25°～35°，＞35°分級(jí)，生成研究區(qū)坡度圖。

（3）蓋度生成。利用ERDAS軟件，對(duì)兩期影像進(jìn)行NDVI提取，通過Modeler模塊生成植被蓋度柵格數(shù)據(jù)，參照SL190－2007，將植被蓋度分為5級(jí)，按≤30%，30%～45%，45%～60%，60%～75%，＞75%分級(jí)，生成研究區(qū)的1987年、2007年植被蓋度圖。

2．3 土壤侵蝕強(qiáng)度等級(jí)確定及變化信息分析

本研究參照SL190－2007規(guī)定的水力侵蝕強(qiáng)度分級(jí)判別模型，確定土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)指標(biāo)，將土壤侵蝕強(qiáng)度分為6級(jí)：微度、輕度、中度、強(qiáng)烈、極強(qiáng)烈、劇烈。在Arc GIS地理信息技術(shù)平臺(tái)上，通過將土地利用圖、植被覆蓋度圖、坡度圖進(jìn)行空間疊加和查詢、合并功能，獲得研究區(qū)1987年、2007年土壤侵蝕強(qiáng)度等級(jí)分布圖（附圖3），并利用Arc View軟件中的空間分析擴(kuò)展模塊（Spatial Analysis），分析兩期不同侵蝕強(qiáng)度類型與面積之間動(dòng)態(tài)變化的來源與去向。

3 結(jié)果與分析

3．1 1987－2007年土地利用變化

1987－2007 年費(fèi)縣土地利用變化的主要趨勢(shì)是耕地、未利用土地面積減少，林地、建設(shè)用地面積增加，土地利用類型表現(xiàn)為耕地向林地、建設(shè)用地轉(zhuǎn)化，水域向耕地、林地轉(zhuǎn)化，未利用土地向耕地轉(zhuǎn)化。如表1所示，耕地面積減少了55．06 k m2，比重由64．19%下降到61．29%，其中有132．49 k m2轉(zhuǎn)化為林地，55．71 k m2轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地；林地面積增加39．07 k m2，增幅9．95%，其增加主要來源于耕地的退耕，有106．99 k m2耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榱值?，這與近年來實(shí)施的退耕還林和大面積種植經(jīng)濟(jì)林有關(guān)；人為干擾對(duì)草地的影響越來越強(qiáng)烈，使其面積減少10．52 k m2，減幅達(dá)38．35%，減少的草地主要轉(zhuǎn)向了耕地和林地，其中轉(zhuǎn)變?yōu)楦?3．51 k m2，林地8．05 k m2；建設(shè)用地面積增加了44．92 k m2，增幅23．37%；水域和未利用土地也都有一定程度的減少。

結(jié)合土壤侵蝕調(diào)查成果，1987－2007年期間，由于退耕還林、林草封禁、荒地造林以及坡改梯等水土保持措施的實(shí)施，使得費(fèi)縣土壤侵蝕形勢(shì)好轉(zhuǎn)；另一方面，由于林地開墾和草地退化，導(dǎo)致費(fèi)縣局部地區(qū)土壤侵蝕強(qiáng)度增加。

表1 1987—2007年費(fèi)縣土地利用轉(zhuǎn)移變化

3．2 1987－2007年土壤侵蝕變化

由表2可知，1987年費(fèi)縣土壤侵蝕面積為700．78 k m2，占土地總面積的36．84%，2007年土壤侵蝕面積為653．04 k m2，占土地總面積的34．33%，20 a間侵蝕面積共減少了47．74 k m2，年均減少2．39 k m2。其中，輕度、中度、強(qiáng)烈、極強(qiáng)烈侵蝕面積分別減少了28．66，8．07，8．02，2．83 k m2，微度侵蝕面積增加了51．38 k m2，該數(shù)據(jù)顯示，費(fèi)縣1987－2007年，土壤侵蝕面積有所減少，侵蝕強(qiáng)度整體降低。

表2 土壤侵蝕面積變化

從表3可以看出，土壤侵蝕強(qiáng)度有所減輕，其中輕度向微度侵蝕轉(zhuǎn)化面積為92．98 k m2；中度向微度侵蝕轉(zhuǎn)化66．45 k m2，向輕度侵蝕轉(zhuǎn)化60．44 k m2；強(qiáng)烈侵蝕向中度侵蝕轉(zhuǎn)化40．01 k m2，極強(qiáng)烈侵蝕向強(qiáng)烈侵蝕轉(zhuǎn)化4．21 k m2，向中度侵蝕轉(zhuǎn)化3．01 k m2。另一方面，侵蝕強(qiáng)度在局部地區(qū)也有惡化升級(jí)的趨勢(shì)，其中微度向中度侵蝕轉(zhuǎn)化面積為73．96 k m2，向強(qiáng)烈侵蝕轉(zhuǎn)化面積為1．34 k m2，向極強(qiáng)烈侵蝕轉(zhuǎn)化1．96 k m2；輕度侵蝕向中度侵蝕轉(zhuǎn)化45．84 k m2，中度侵蝕向強(qiáng)烈侵蝕轉(zhuǎn)化41．24 k m2，強(qiáng)烈侵蝕向極強(qiáng)烈侵蝕轉(zhuǎn)化0．32 k m2?？傮w來看，在1987－2007年20 a間，費(fèi)縣的土壤侵蝕狀況得到了一定程度的改善，土壤侵蝕面積明顯減少，侵蝕強(qiáng)度等級(jí)有所下降，生態(tài)環(huán)境和生產(chǎn)條件有了好轉(zhuǎn)，期間開展的水土保持工作取得了良好的治理成效。

3．3 土地利用和土壤侵蝕變化分析

1987年耕地造成的各等級(jí)侵蝕面積占總侵蝕面積的60．33%，2007年這一比例下降至34．93%；林地所造成的侵蝕由38．98%上升至65．06%。

表3 不同土壤侵蝕強(qiáng)度下面積變化 k m2

從表4可以看出，不同土地利用類型產(chǎn)生的侵蝕在不同時(shí)期有不同的情況，在1987年，耕地的侵蝕面積為422．75 k m2，占總侵蝕面積的59．48%，但在2007年，耕地的侵蝕面積卻下降到226．85 k m2，比重也下降到35．48%，在這20 a中，耕地在較高的侵蝕級(jí)別（中度侵蝕、強(qiáng)烈侵蝕、極強(qiáng)烈侵蝕）上，侵蝕比重由56．11%減少為14．93%，這主要緣于這20 a間坡耕地的逐步治理，陳奇伯等［14］在元謀干熱河谷的研究就發(fā)現(xiàn)未經(jīng)治理的坡耕地相比平地產(chǎn)生的土壤侵蝕更強(qiáng)烈，更易造成表層耕作土壤的物理性能下降，養(yǎng)分流失和水分入滲能力降低。林地在1987年、2007年的侵蝕面積分別為283．16，412．51 k m2，比重分別為39．84%，64．51%，在輕度侵蝕和極強(qiáng)烈侵蝕中，侵蝕面積減少較多，分別由57．08 k m2下降為8．91 k m2和9．90 k m2下降為6．74 k m2，這與近年來大力實(shí)施的退耕還林是密不可分的，與羅海波等［15］在貴州山區(qū)及侯軍岐等［16］在黃土高原的試驗(yàn)結(jié)果是一致的；但林地在中度侵蝕和強(qiáng)烈侵蝕中，侵蝕面積分別增加了122．97 k m2和57．71 k m2，這可能與近年來經(jīng)濟(jì)林面積的大量增加有關(guān)，王延平等［17］在沂蒙山區(qū)的研究表明，經(jīng)濟(jì)林地由于長期處于人為經(jīng)營狀態(tài)下，加之地形坡度較大，水土流失現(xiàn)象極其嚴(yán)重。費(fèi)縣土壤普查報(bào)告也表明，該地區(qū)的土地以三、四、五等級(jí)土地為主，地表比較破碎，坡度較陡，不適合機(jī)械化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，因此近年來主要是大規(guī)模發(fā)展經(jīng)濟(jì)林，由于經(jīng)濟(jì)林為粗放化生產(chǎn)，分布零落，管理技術(shù)落后，而且在經(jīng)濟(jì)林的生長過程中，為了減少其他物種對(duì)肥水的競(jìng)爭(zhēng)，翻耕等人為干擾強(qiáng)烈且頻繁，林下沒有草本植物的覆蓋，不能有效削弱雨滴對(duì)土壤表面的直接打擊，使得經(jīng)濟(jì)林地土壤侵蝕較為嚴(yán)重。草地的侵蝕面積和侵蝕強(qiáng)度都有所減少，這可能與費(fèi)縣近年來人口壓力的增大，越來越多的草地被開墾有關(guān)。

表4 土地利用和土壤侵蝕疊加分析

4 結(jié) 論

（1）1987－2007年20 a間，耕地、草地、水域和未利用土地的面積萎縮，林地和建設(shè)用地面積擴(kuò)張。

（2）土壤侵蝕總面積在20 a間有效減少，而且極強(qiáng)烈侵蝕、強(qiáng)烈侵蝕、中度侵蝕這3個(gè)等級(jí)相對(duì)較高的侵蝕級(jí)別已經(jīng)向輕度侵蝕和微度侵蝕轉(zhuǎn)化，土壤侵蝕等級(jí)有所降低。

（3）1987－2007年20 a間，耕地面積在減少的同時(shí)，侵蝕強(qiáng)度也明顯減低；林地面積在增加的同時(shí)，侵蝕強(qiáng)度也在增加，這可能與經(jīng)濟(jì)林面積的增加有關(guān)，翻耕等人為干擾強(qiáng)烈且頻繁，使得經(jīng)濟(jì)林地土壤侵蝕較為嚴(yán)重。建議今后在繼續(xù)進(jìn)行退耕還林的同時(shí)，加大經(jīng)濟(jì)林土壤侵蝕治理的力度，推行合理的農(nóng)業(yè)耕作制度，有效減少土壤侵蝕。

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